生物工程设备-精馏.ppt

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1、第六章第六章 蒸馏设备蒸馏设备n概述概述n n1.蒸馏的应用蒸馏的应用n n2.蒸馏分离的目的和依据蒸馏分离的目的和依据n n3.蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类n n4.蒸馏操作的费用蒸馏操作的费用n2、蒸馏分离、蒸馏分离 的目的和依据的目的和依据n n 目的目的目的目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分n n 依据依据依据依据：液体混合物中各组分挥发性的差异：液体混合物中各组分挥发性的差异n n液体混合物：液体混合物：(如如:酒精水溶液酒精水溶液)n n挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A A）n

2、n挥发性小（水）挥发性小（水），称为难挥发组分或重组分（，称为难挥发组分或重组分（B B）间歇蒸馏连续蒸馏按操作方式：普通蒸馏特殊蒸馏按分离难易：4、蒸馏操作的费用、蒸馏操作的费用4 4、蒸馏操作的费用、蒸馏操作的费用主要费用：加热和冷却费用，即能耗大。第一节第一节 蒸馏分离提纯原理蒸馏分离提纯原理n n一。酒精-水混合液的相平衡1.1双组分溶液的气液关系双组分溶液的气液关系 1、相律分析：组分：A、B变量：t、p、xA、yA相数：气相、液相自由度：一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系气液组成之间xAyA存在一一对应关系 一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温

3、度t存在一一对应关系气液组成之间xAyA存在一一对应关系自由度：1、相律分析：组分：A、B变量：t、p、xA、yA相数：气相、液相1.1双组分溶液的气液关系双组分溶液的气液关系 pA，pB 溶液上方A、B组分的分压，Pa；pA0，pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa；xA，xB 液相中A、B组分的摩尔分率。对于理想溶液：1.拉乌尔定律（拉乌尔定律（Raoults Law）1.2 气液相平衡气液相平衡2、道尔顿分压定律：泡点方程泡点方程液相组成液相组成 x 与温度（泡点）的关系与温度（泡点）的关系气相组成气相组成yA与温度（露点）的关系与温度（露点）的关系露点方程露点方程三个区域：液相区

4、气、液共存区 气相区3、组成、组成温度图（温度图（txy图图)两条线：气相线（露点线）yAt 关系曲线 液相线（泡点线）xAt 关系曲线4、xy图图 对角线 y=x 为辅助曲线 xy曲线上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。5.压力xy图的影响压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大对于非理想溶液对于非理想溶液具有正偏差的溶液 一般正偏差：pApA理，pBpB理。乙醇水溶液相图正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.151.4酒精酒精-水混合液的相平衡水混合液的相平衡n n图谱解释：n n 非理想溶液的原因：n n 酒精和水分子间的吸引力酒精和水分子间的吸

5、引力 酒精分子间的吸引力酒精分子间的吸引力n n 混合物分子间吸引力混合物分子间吸引力 x1,y2x2.y1x1,y2x2.）所以经过连续分离，冷）所以经过连续分离，冷n n 凝，加热凝，加热,酒精得到浓缩酒精得到浓缩n n2 2。在。在T-xT-x图中的交点图中的交点MM处蒸汽组成和液体组成相等，处蒸汽组成和液体组成相等，不能通过常规常压（大气压）蒸馏法得到无水酒不能通过常规常压（大气压）蒸馏法得到无水酒精精n n3 3。若增加液相中酒精含量，会促使液面上蒸汽总。若增加液相中酒精含量，会促使液面上蒸汽总压增大，即在一定压力下溶液沸点降低，酒精在压增大，即在一定压力下溶液沸点降低，酒精在蒸汽中

6、的含量比与之相平衡的液相中含量要高蒸汽中的含量比与之相平衡的液相中含量要高二。相对挥发度和挥发系数二。相对挥发度和挥发系数混合液某组分挥发度:1.挥发度n npA、pB汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；n nxA、xB汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。组分的挥发度:是该物质挥发难易程度的标志，表示。理想溶液则:2.相对挥发度(以表示)理想气体：一般物系：对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA即相平衡方程理想溶液：4.平均相对挥发度3.的物理意义的物理意义 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数 标志着分离的难易程度:愈大,平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；=1,无法

7、用普通蒸馏方法分离。n n挥发系数挥发系数K K表示物质在溶液中挥发性能的强弱表示物质在溶液中挥发性能的强弱n n K K酒酒=A/Q=A/Qn n其中其中 A%-A%-溶液沸腾时蒸汽中酒精含量（溶液沸腾时蒸汽中酒精含量（V V）n n Q%-Q%-混合液中酒精含量（混合液中酒精含量（V V）n n 杂质：杂质：Kc=Kc=/n n其中其中%-%-气相中杂质含量气相中杂质含量n n%-%-液相中杂质含量液相中杂质含量n n在酒精蒸馏过程中，有些杂质的挥发系数始终大于在酒精蒸馏过程中，有些杂质的挥发系数始终大于1 1，其他，其他的一些始终小于的一些始终小于1 1，有些则在酒精浓度高时，有些则在酒

8、精浓度高时KcKc由大于由大于1 1变为变为小于小于1 1n n挥发系数大于挥发系数大于1 1在蒸馏过程中在蒸馏过程中沿塔上升沿塔上升，否则否则沿塔沿塔下移下移n n若挥发系数随酒精浓度升高在某一浓度时若挥发系数随酒精浓度升高在某一浓度时挥发系数由大于挥发系数由大于1 1变成小于变成小于1 1，则该组分，则该组分浓缩在浓缩在该酒精浓度该酒精浓度相当塔板上相当塔板上 简单蒸馏简单蒸馏1.装置1、多次部分汽化和多次部分冷凝 三。酒精三。酒精 精馏精馏缺点：1、收率低；2、设备重复量大，设备投资大3、能耗大，过程有相变。2、有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 第二节第二节 酒精蒸馏流程酒精蒸馏流程n

9、 n一 两塔式流程n n二 三塔式流程n n三 多塔蒸馏第三节第三节 粗馏塔粗馏塔n n作用：从发酵成熟醪中将酒精成分提取出来作用：从发酵成熟醪中将酒精成分提取出来n n要求：要求：n n 1 1。处理能力大。处理能力大n n 2 2。塔板效率高。塔板效率高n n 3 3。塔板压降低。塔板压降低n n 4 4。操作弹性大。操作弹性大n n 5 5。结构简单，制造成本低。结构简单，制造成本低n n 6 6。能够满足工艺的特定要求。能够满足工艺的特定要求一。粗馏塔板类型及结构一。粗馏塔板类型及结构一。粗馏塔板类型及结构一。粗馏塔板类型及结构一、泡罩塔二、筛板塔筛板塔的主要结构主要结构：1.筛孔 提

10、供气体上升的通道；2.溢流堰 维持塔板上一定高度的液层，以保证在 塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管 作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。3.导向筛板4.浮阀波纹筛纹5。斜孔塔斜孔孔口都朝一个方向二。粗馏塔的设计和计算二。粗馏塔的设计和计算n n1 1。酒精粗馏塔的热量衡算和物料衡算。酒精粗馏塔的热量衡算和物料衡算n n包括：包括：加热蒸汽用量的计算，加热蒸汽用量的计算，n n 粗馏酒精蒸气的浓度和数量确定粗馏酒精蒸气的浓度和数量确定n n 酒精废液排出量的计算酒精废液排出量的计算n n物料衡算公式：物料衡算公式：n n酒精衡算：酒精衡算：n n粗馏塔的热量衡算：粗馏塔的热量衡算：n

11、 n其中：其中：q qm,Fm,F-成熟醪进料量成熟醪进料量,kg/h q,kg/h qm,Dm,D-加热蒸汽量加热蒸汽量,kg/h,kg/hn n q qm,W-m,W-酒精废液量，酒精废液量，kg/h qkg/h qm,Vm,V-塔顶上升的粗酒精蒸气量，塔顶上升的粗酒精蒸气量，kg/hkg/hn n q qm,Vm,V-塔上酒精蒸汽的渗漏量塔上酒精蒸汽的渗漏量,kg/h w,kg/h wf f-成熟醪中酒精的含量，成熟醪中酒精的含量，%n nWw-Ww-酒精废液中酒精含量酒精废液中酒精含量%，w1-w1-粗酒精蒸汽中酒精含量粗酒精蒸汽中酒精含量%n nHs-Hs-加热蒸气热焓，加热蒸气热焓

12、，kJ/kg Tw-kJ/kg Tw-塔底酒精废液的温度塔底酒精废液的温度C Cn nCw-Cw-酒精废液的热比容，酒精废液的热比容，kJ/kgkJ/kg。c h-c h-粗酒精蒸气热焓，粗酒精蒸气热焓，kj/kgkj/kgn nCC成熟醪的热比容成熟醪的热比容kJ/kgkJ/kg。c T-c T-成熟醪进塔温度成熟醪进塔温度。C Cn nQ-Q-热损失，热损失，kj/hkj/hn n2.2.粗馏塔定粗酒精蒸气浓度的确定粗馏塔定粗酒精蒸气浓度的确定n n每每1000kg1000kg进料液加热至沸腾时所需的热量计算公式：进料液加热至沸腾时所需的热量计算公式：n n式中：式中：T1-T1-进料板上

13、液体沸腾温度进料板上液体沸腾温度。C Cn n T-T-进料液温度（成熟醪进塔温度）进料液温度（成熟醪进塔温度）。C Cn n c-c-进料液（成熟醪）热比容，进料液（成熟醪）热比容，kJ/kg kJ/kg。c c=4.266-0.0401w c c=4.266-0.0401w n n w-w-醪中干物质含量，醪中干物质含量，%n n3 3。塔板层数的确定（图解法）。塔板层数的确定（图解法）n n1 1。计算进料热状态参数。计算进料热状态参数：n n=每每1kg1kg进料变为饱和蒸汽所需热量进料变为饱和蒸汽所需热量/每每1kg1kg进料的气化潜热进料的气化潜热 n n =(h=(hg g-h-

14、hf f)/r=r+c(T)/r=r+c(T1 1-T)/r-T)/rn n式中：式中：hg-hg-每每1kg1kg饱和蒸汽热焓，饱和蒸汽热焓，kj/kg hkj/kg hf f-每每1kg1kg进料热焓，进料热焓，kj/kgkj/kgn n r-r-每每1kg1kg进料的气化潜热，进料的气化潜热，kj/kgkj/kgn n2 2）绘平衡曲线图：）绘平衡曲线图：n n在坐标纸上绘制平衡曲线在坐标纸上绘制平衡曲线y-xy-x，并作对角线，并作对角线y=xy=xn n3 3）在图上取）在图上取x=xix=xi，在，在x x轴上作垂直线与对角线相交于点轴上作垂直线与对角线相交于点a an n4 4）

15、从点）从点a a作斜率为作斜率为/（-1-1）的）的 线线n n5 5）做提馏段操作线）做提馏段操作线n n6 6）从）从 线与提馏段操作线交点线与提馏段操作线交点b b开始，在操作线和平衡曲线间画引阶开始，在操作线和平衡曲线间画引阶梯，直至超过梯，直至超过x=xwx=xw为止为止n n7 7）若下端模糊不清需放大）若下端模糊不清需放大20302030倍或者用下式计算从倍或者用下式计算从0.2%0.2%（摩尔）至（摩尔）至xwxw一段所需的理论塔板数一段所需的理论塔板数n nn n式中：式中：x x0 0-上限酒精浓度，上限酒精浓度，x x0 0=0.2%=0.2%（摩尔分数）（摩尔分数）n

16、n x xw w-下限酒精浓度，一般为下限酒精浓度，一般为xw=0.004%xw=0.004%（摩尔分数）（摩尔分数）n n K-K-酒精挥发系数酒精挥发系数 q qm,Dm,D-加热蒸气量，加热蒸气量，kg/hkg/hn n q qm.Lm.L-溢流量，溢流量，kg/h qkg/h qm,Lm,L=q=qm,Fm,Fn n8 8）实际板数：）实际板数：n n 实际板数实际板数=理论塔板数理论塔板数/塔板效率塔板效率n n4 4。板间距的选择：。板间距的选择：n n板间距随空塔蒸汽速度，料液的起泡性和塔板类型而变化板间距随空塔蒸汽速度，料液的起泡性和塔板类型而变化n n5 5。塔径计算。塔径计

17、算n n式中式中 V-V-粗馏塔内上升蒸汽量粗馏塔内上升蒸汽量,m3/s v-,m3/s v-塔内上升蒸汽速度，塔内上升蒸汽速度，m/sm/sn n -塔径塔径,m,mn n塔内蒸汽速度与板间距和泡沸深度有关。塔内蒸汽速度与板间距和泡沸深度有关。n n蒸汽速度计算公式：蒸汽速度计算公式：n n式中：式中：HT-HT-板间距，板间距，m Z-m Z-沸泡深度沸泡深度,m Z=0.5h+h3,m Z=0.5h+h3n n蒸馏塔内上升蒸汽量计算公式：蒸馏塔内上升蒸汽量计算公式：n n式中式中q qm,v2m,v2-粗馏塔内上升蒸汽量粗馏塔内上升蒸汽量,kg/h q,kg/h qm,Lm,L-粗馏塔内

18、溢流量粗馏塔内溢流量,kg/h,kg/hn n Q Q,mv1,mv1-粗馏塔顶上升蒸汽量，粗馏塔顶上升蒸汽量，kg/h qkg/h qmFmF-粗馏塔进醪量粗馏塔进醪量,kg/h,kg/h第四节第四节 精馏塔精馏塔进料板：原料液进入的那层塔板精馏段：进料板以上的塔段提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段连续精馏装置流程连续精馏装置流程.连续精馏装置2、塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所。每一块塔板是一个混合分离器足够多的板数可使各组分较完全分离 特点：回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。精馏的主要特点就是有回流3、精馏过程的回流 回流包括：塔顶回流液塔底回流汽理

19、论板的概念和衡摩尔流的假设理论板的概念和衡摩尔流的假设1、理论板的概念理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。假设：（1）、两组分的摩尔汽化潜热相等；（2）、两相接触因两相温度不同而交 换的显热可忽略不计；（3）、塔设备保温良好，热损失可以忽略不 计。2、恒摩尔流的假设精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。即：V1=V2=V=常数 V1=V2=V=常数式中：V-精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;V-提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。（1）恒摩尔汽化精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。即：L1=L2=L=常数 L1=L2=L=常数式中：L-精

20、馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h;L-提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。（下标1、2表示自上而下的塔板序号。）（2）恒摩尔溢流 一一 精馏塔的塔板类型和结构精馏塔的塔板类型和结构n n一 浮阀塔板n n 分盘式和条式两种n n二 筛板塔板二二 精馏塔的设计和计算精馏塔的设计和计算n n1。影响精馏的因素n n1 1）恒摩尔汽化提馏段和精馏段每一段上升的蒸汽）恒摩尔汽化提馏段和精馏段每一段上升的蒸汽摩尔数都是相等的摩尔数都是相等的n n2 2）恒摩尔溢流，在提馏段和精馏段内每一段上下）恒摩尔溢流，在提馏段和精馏段内每一段上下降的液体摩尔数相等降的液体摩尔数相等n n3 3）最上层塔板上

21、升的蒸汽进入冷凝器中全部冷凝）最上层塔板上升的蒸汽进入冷凝器中全部冷凝n n4 4）采用间接蒸气加热）采用间接蒸气加热塔顶采出率塔底采出率2。精馏段操作线方程。精馏段操作线方程1 全塔物料衡算全塔物料衡算F、D、Wkmol/hxF、xD、xW摩尔分率塔顶易挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率F,xFD,xDW,xW2 2。精馏塔热量衡算。精馏塔热量衡算。精馏塔热量衡算。精馏塔热量衡算n n热量衡算公式：热量衡算公式：n n式中：式中：If If，Is Is，IgIg，IvIv，IPIP，IpIpn n Iw-Iw-为相应物料热焓，为相应物料热焓，kj/kgkj/kgn n q-q-热损失，热损失

22、，kj/hkj/hn n精馏段操作方程：精馏段操作方程：n n式中式中 yn+1-n+1 yn+1-n+1层上升的蒸汽中酒层上升的蒸汽中酒n n 精的摩尔浓度精的摩尔浓度n n xn-n xn-n层下降的回流液中酒精层下降的回流液中酒精n n 的摩尔浓度的摩尔浓度n n xp-xp-成品酒精的摩尔浓度成品酒精的摩尔浓度n n Ri-Ri-回流比回流比QFQDQWQcQQvQRQB3 精馏段操作线方程精馏段操作线方程令 回流比回流比 精馏段操作线方精馏段操作线方程程 截距截距:精馏段操作线:当R,D,xD为一定值时,该操作线为一直线.斜率:yxxD 操作线为过点（xD，xD）画操作线过程如下:4

23、 提馏段操作线方程提馏段操作线方程提馏段操作线方程操作线的实际做法操作线的实际做法4 进料热状况的影响进料热状况的影响(1)冷液(2)饱和液体（泡点进料）(3)气液混合(4)饱和蒸汽（露点进料）(5)过热蒸汽FLVLV冷液进料泡点进料FLVLVFqF(1-q)FLVLV汽液混合进料FLVLV过热蒸汽进料FLVLV饱和蒸汽进料加料板FF,xF,hFL h F-1V HFL hFV H F+11、加料板的物料衡算FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF 物料恒算：F+V+L=V+L2、热量衡算式中：H，h，hF-分别为饱和蒸汽、饱和液体、原料液的摩尔焓KJ/kmol；HF=HF+1=H=原料

24、在饱和蒸汽状态下的摩尔焓hF=hF-1=h原料在饱和液体状态下的摩尔焓假设：令 q=q进料热状况参数进料热状况参数5 进料方程（进料方程（q线方程）线方程）q线方程或进料方程线方程或进料方程精馏操作分离要求：精馏操作分离要求：（1）D,xD (W,xW)；（2）xD ,xW；（3）选择条件：操作压力p，回流比R，进料热状态q。确定：塔板数N5.1理论塔板数的计算理论塔板数的计算1.逐板计算法xnyn符合平衡关系；yn+1 xn符合操作关系。塔顶设全凝器，泡点回流。塔顶全凝器 精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。精馏段：F,xFD,xDW,xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-

25、1提馏段：提馏段（m-1）块板 2.图解法3.最优加料位置的确定加料过晚加料过早最优加料板位置最优加料板位置：5.2 回流比的影响与选择回流比的影响与选择1.回流比对精馏操作的影响6.影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素n n1 1）塔板间距：对一定的蒸汽速度而言，塔板间距太小，）塔板间距：对一定的蒸汽速度而言，塔板间距太小，易产生雾沫夹带现象，使塔板效率降低。但塔板间距过大易产生雾沫夹带现象，使塔板效率降低。但塔板间距过大时，若适当提高上升蒸汽的速度，又会使整个塔板高度增时，若适当提高上升蒸汽的速度，又会使整个塔板高度增加加n n2 2）板上液层深度：液层太低，汽液接触时间很短或者根）板上液

26、层深度：液层太低，汽液接触时间很短或者根本没有接触就离开，将产生跑气现象。而液层太深而蒸汽本没有接触就离开，将产生跑气现象。而液层太深而蒸汽速度不够大，液体可从升气孔渗漏流下，使塔板效率降低速度不够大，液体可从升气孔渗漏流下，使塔板效率降低n n3 3）水力梯度（板上液面落差）的影响：）水力梯度（板上液面落差）的影响：n n当水力梯度较大时，当塔板上靠近受液区侧和靠近溢流区当水力梯度较大时，当塔板上靠近受液区侧和靠近溢流区侧的板上液面高度差较大时，气体分布不均匀，汽液间接侧的板上液面高度差较大时，气体分布不均匀，汽液间接触不好，使塔板效率降低触不好，使塔板效率降低n n4 4）塔板安装不水平或

27、塔板凹凸不平，或升气孔分布不均，）塔板安装不水平或塔板凹凸不平，或升气孔分布不均，使塔板效率降低使塔板效率降低n n5 5）塔板上溢流装置形式：当液流量为）塔板上溢流装置形式：当液流量为110m110m3 3/h/h以下以下,采用单采用单叶型直径，当液流量为叶型直径，当液流量为110m110m3 3/h/h以上，塔径在以上，塔径在2m2m以上时。采以上时。采用双流型半径流用双流型半径流n n6 6）被精馏物易起泡时，塔板效率降低）被精馏物易起泡时，塔板效率降低n n7 7）若板液体不断更新，汽液接触充分，可使塔板效率提高）若板液体不断更新，汽液接触充分，可使塔板效率提高n n8 8）回流比对精

28、馏塔理论板数存在影响）回流比对精馏塔理论板数存在影响6.影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素n n全回流：塔顶蒸汽全部冷凝回至塔内，此时产品量为全回流：塔顶蒸汽全部冷凝回至塔内，此时产品量为0 0，回，回流比流比R=R=，精馏段操作线斜率为，精馏段操作线斜率为R/R/（R+1R+1）=1=1，操作线和，操作线和对角线重合，所需理论板数最少对角线重合，所需理论板数最少n n最小回流比是指操作线和平衡曲线相切的回流比。此时需最小回流比是指操作线和平衡曲线相切的回流比。此时需无数多块理论塔板无数多块理论塔板n n在操作线超过平衡曲线时，精馏操作不可能在操作线超过平衡曲线时，精馏操作不可能n n实际回

29、流比在全回流和最小回流之间实际回流比在全回流和最小回流之间n n要求：要求：1 1）满足蒸馏理论。）满足蒸馏理论。2 2）要求生产操作费用最小）要求生产操作费用最小n n 3 3）使设备费用最小）使设备费用最小6.影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素6.影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素n n回流比小，塔板层数就多，设备投资就大。回流比逐渐增回流比小，塔板层数就多，设备投资就大。回流比逐渐增大，塔板层数相应减少，但塔内上升蒸汽量将随回流比的大，塔板层数相应减少，但塔内上升蒸汽量将随回流比的增大而增大，塔径需增大，使操作费和维持费增加增大而增大，塔径需增大，使操作费和维持费增加n n最小回流比

30、公式：最小回流比公式：n n式中：式中：x xp p-成品酒精浓度成品酒精浓度,mol/L,mol/Ln n x x0 0-进料层液相中酒精浓度进料层液相中酒精浓度,mol/L,mol/Ln n y y0 0-与进料层液相相平衡的气相酒精浓度，与进料层液相相平衡的气相酒精浓度，mol/Lmol/L8.8.塔径计算塔径计算塔径计算塔径计算n n1 1）精馏塔上升蒸汽量）精馏塔上升蒸汽量VsVs的计算：的计算：n n 精馏塔上升蒸汽量以塔顶状态下计算：精馏塔上升蒸汽量以塔顶状态下计算：n n式中：式中：V V1 1-塔顶上升蒸汽量塔顶上升蒸汽量,kmol/s,kmol/sn n T-T-塔顶温度，

31、塔顶温度，K Kn n P-P-塔顶压力，塔顶压力，PaPan n塔的上升蒸汽量可用下式计算：塔的上升蒸汽量可用下式计算：n n式中：式中：R-R-回流比回流比n n P-P-成品量，成品量，kg/skg/sn n P P醛酒醛酒-醛酒提取量，醛酒提取量，kg/s p-kg/s p-塔顶温度压力下蒸汽密度塔顶温度压力下蒸汽密度,kg/m,kg/m3 3HT2.2.塔内蒸汽速度塔内蒸汽速度塔内蒸汽速度塔内蒸汽速度v v的确定的确定的确定的确定n n塔内蒸汽速度受塔内蒸汽速度受3 3个方面的控制：个方面的控制：n n1 1）最大允许速度必须小于能引起）最大允许速度必须小于能引起“液泛液泛”的气速的

32、气速n n2 2）蒸汽速度的增大不至于引起雾沫夹带超过）蒸汽速度的增大不至于引起雾沫夹带超过10%10%n n3 3）保证汽液有足够的接触时间）保证汽液有足够的接触时间n n塔内上升的蒸汽速度与塔板间距，塔板结构，操作条件，塔内上升的蒸汽速度与塔板间距，塔板结构，操作条件，被蒸馏物的物理化学性质以及分离程度等因素有关被蒸馏物的物理化学性质以及分离程度等因素有关n n浮阀塔上升蒸汽速度浮阀塔上升蒸汽速度v v的计算公式：的计算公式：n n式中：式中：P Pl l，p pv v-分别为液体气体的密度分别为液体气体的密度,kg/m,kg/m3 3n n c-c-负荷系数。与板间距，液层深度和密度有关

33、负荷系数。与板间距，液层深度和密度有关n n适宜的空塔速度适宜的空塔速度V V是最大允许气速的是最大允许气速的0.750.850.750.85倍倍3 3）塔径）塔径）塔径）塔径DD：n n8 8。塔板布置。塔板布置:n n1 1）浮阀塔板）浮阀塔板n na a）鼓泡区：汽液两相接触的有效区域）鼓泡区：汽液两相接触的有效区域n nb b）溢流区：装置溢流堰及上下降液管的范围）溢流区：装置溢流堰及上下降液管的范围n nc c）安定区：溢流区和鼓泡区之间的区域）安定区：溢流区和鼓泡区之间的区域n nd d）无效区：最外一层浮阀与塔壁间的区域）无效区：最外一层浮阀与塔壁间的区域n n2 2）浮阀数目）

34、浮阀数目NN：n n浮阀数目一般由塔板开孔率决定，是塔板面积的浮阀数目一般由塔板开孔率决定，是塔板面积的8%15%8%15%n n式中：式中：A Ao o-浮孔总面积浮孔总面积,m,m2 2 D Do o-阀孔直径阀孔直径,m,mn n F-1 F-1型浮阀型浮阀Do=0.39m ADo=0.39m AT T-塔板截面积塔板截面积,m,m2 28 8。塔板布置。塔板布置。塔板布置。塔板布置:在确定开孔率时，须先确定阀孔速度：在确定开孔率时，须先确定阀孔速度：式中式中 v-v-适宜的空塔速度适宜的空塔速度,m/s v,m/s vo o-阀孔速度，常压阀孔速度，常压v vo o=（v vo o）k

35、 kp p （v vo o）k kp p-阀孔临界速度，即阀孔刚刚全开时的阀孔气速阀孔临界速度，即阀孔刚刚全开时的阀孔气速 34gF-1 34gF-1型浮阀的阀孔临界速度为型浮阀的阀孔临界速度为或采用浮阀刚刚全开时的动能因素或采用浮阀刚刚全开时的动能因素F Fo o来计算来计算v vo o浮阀刚刚全开时浮阀刚刚全开时F Fo o=812=812，式中，式中p pv v为气相密度为气相密度,kg/m,kg/m3 3减压蒸馏时，减压蒸馏时，v vo o=（0.80.85)(v0.80.85)(vo o)k)kp p,塔内上升蒸汽量的体积流量为塔内上升蒸汽量的体积流量为VoVo每层塔板上阀孔数每层塔

36、板上阀孔数NN为：为：3 3）降液管和溢流区：）降液管和溢流区：对弓形降液管，单液流型塔板堰长对弓形降液管，单液流型塔板堰长L Lw w=0.60.8D=0.60.8D，对于双流，对于双流型则为型则为0.50.70.50.7倍倍8。塔板布置。塔板布置:n n式中：式中：h hw w-堰高，堰高，m hm hL L-塔板上液层深度，塔板上液层深度，m m 一般一般=115mm=115mm左左右右n n h howow堰上液层高度堰上液层高度n n式中式中 E-E-液体收缩系数，一般液体收缩系数，一般E=1 L-E=1 L-溢流量溢流量,m3/h,m3/hn n L Lw w-堰长，堰长，mmn

37、n溢流堰内液体停留时间：溢流堰内液体停留时间：n n式中：式中：t t停留时间（停留时间（s s）一般为）一般为35s35sn n A Af f-溢流堰的截面积溢流堰的截面积,m2,m2n n H-H-塔板间距，塔板间距，mmn n L-L-溢流量，溢流量，mm3 3/s/sn n溢流堰下口距下层塔板的间距溢流堰下口距下层塔板的间距h ho o为：为：n n式中式中v vw w-液体在堰底出口流速，液体在堰底出口流速，0.10.5m/s0.10.5m/s4 4）浮阀的排列）浮阀的排列）浮阀的排列）浮阀的排列n n一般以等边或等腰三角形为宜。三角形排列中又有顺排和一般以等边或等腰三角形为宜。三角

38、形排列中又有顺排和错排两种错排两种n n按正三角形排列时，浮阀中心距按正三角形排列时，浮阀中心距t t为：为：n n式中：式中：A Ao o-阀孔总面积阀孔总面积,m,m2 2 Do-Do-阀孔直径，阀孔直径，mmn n A As s-塔板的有效面积塔板的有效面积,m,m2 2n n为等腰三角形时：为等腰三角形时：n n式中：式中：t-t-等腰三角形的高，一般取等腰三角形的高，一般取75mm75mm2 2）斜孔塔板）斜孔塔板）斜孔塔板）斜孔塔板n n1 1）开孔率和斜孔数：开孔率一般在）开孔率和斜孔数：开孔率一般在9.5%14.5%9.5%14.5%n n斜孔数斜孔数NN：n n式中：式中：A

39、 Ao o-开孔面积开孔面积,m,m2 2 f fo o-每个斜孔的截面积，每个斜孔的截面积，mm2 2n n -开孔率开孔率 A At t-塔板截面积塔板截面积,m,m2 2n n2 2）斜孔的气速）斜孔的气速v vo on n式中式中V-V-塔内蒸汽上升量塔内蒸汽上升量,m,m3 3/s/sn n蒸汽通过斜孔的速率常取蒸汽通过斜孔的速率常取912m/s912m/s，其动能因素，其动能因素Fo=1015Fo=1015较合适较合适n n pv-pv-上升蒸汽的平均密度，上升蒸汽的平均密度，kg/mkg/m3 3n n3 3）斜孔的排列：按相邻两行方向排列）斜孔的排列：按相邻两行方向排列n n4

40、 4）溢流装置：单溢流，弓形溢流堰式）溢流装置：单溢流，弓形溢流堰式9。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算n n1 1）塔板压降：）塔板压降：n npp由气体通过干板的压力降由气体通过干板的压力降ppo o和液层压力降和液层压力降ppL L组成组成n n p=p p=po o+p+pL Ln nppo o计算公式：计算公式：n n式中式中 -阻力系数，一般筛板（孔径阻力系数，一般筛板（孔径D=815mmD=815mm）=1.61.8=1.61.8n n 浮阀全开浮阀全开=5.37 =5.37 ，斜孔斜孔=2.0=2.0n n v vo o-阀孔速度，阀孔速度，m/s pm/s pv v

41、-气相密度气相密度,kg/m,kg/m3 3n n P Pl l-液相密度液相密度,kg/m,kg/m3 3 g-g-重力加速度重力加速度g=9.81g=9.81（m/sm/s2 2）n nppL L计算公式：计算公式：n n式中式中 h hl l-踏板上液层高度，踏板上液层高度，m pm pL L-液相密度，液相密度，kg/mkg/m3 3n n 0.5-0.5-充气系数充气系数n n其中：浮阀未全开时：其中：浮阀未全开时：干板压降主要是阀重，阀孔径，浮阀类型，阀孔速度的函数干板压降主要是阀重，阀孔径，浮阀类型，阀孔速度的函数塔板压力降与气流速度，液层高度，液流强度及两相的物化塔板压力降与气

42、流速度，液层高度，液流强度及两相的物化性质相关性质相关减少塔板压力降的主要途径是减少板压降减少塔板压力降的主要途径是减少板压降2 2）塔板的泄漏）塔板的泄漏 塔板的泄漏随孔速的增大而减少，随孔径的减少而降低，塔板的泄漏随孔速的增大而减少，随孔径的减少而降低，随塔板上静液层的高度下降而减少随塔板上静液层的高度下降而减少泄漏点：阀孔气速低于某一值时，液体开始大量泄漏泄漏点：阀孔气速低于某一值时，液体开始大量泄漏 常以常以10%10%气速的泄漏液量为泄漏点气速的泄漏液量为泄漏点9。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算n n3 3）雾沫夹带：）雾沫夹带：n n雾沫夹带指塔板上气流夹带液滴上升。雾

43、沫夹带指塔板上气流夹带液滴上升。n n缺点：缺点：雾沫夹带量大时，塔内馏分浓度梯度降低，雾沫夹带量大时，塔内馏分浓度梯度降低，n n 影响塔板效率，非挥发性杂质也会带入成品影响塔板效率，非挥发性杂质也会带入成品n n影响因素：影响因素：气体空塔速度气体空塔速度 板间距板间距n n控制量在控制量在 10%10%以下以下n n常用气体空塔速度与液泛时的气体空塔速度比值的百分数常用气体空塔速度与液泛时的气体空塔速度比值的百分数（泛点（泛点%）作为间接衡量雾沫夹带大小的指标）作为间接衡量雾沫夹带大小的指标n n计算公式：计算公式：n n 泛点泛点n n 泛点泛点%应应80%80%n n式中：式中：V-

44、V-塔内气体流量塔内气体流量,m3/s L-,m3/s L-塔内液相流量塔内液相流量,m3/s,m3/sn n pv-pv-气相密度气相密度,kg/m3 PL-,kg/m3 PL-液相密度，液相密度，kg/m3kg/m39。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算9。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算n nZ-Z-塔板上液流途径长度，塔板上液流途径长度，mmn n Z=D-2Ws Z=D-2Ws（D D 塔径塔径 Ws Ws弓形溢流管宽度弓形溢流管宽度,m,m）n nAs-As-塔板有效面积。塔板有效面积。M2 M2 n nAs=AT-2AfAs=AT-2Af（ATAT塔板面积，塔板

45、面积，AfAf弓形降液管面积）弓形降液管面积）n ncF-cF-气相负荷系数，气相负荷系数，CF=CFo.x xCF=CFo.x x系统因数系统因数 cFo cFo泛点气相负荷系数泛点气相负荷系数n n雾沫夹带也可用以下经验公式计算：雾沫夹带也可用以下经验公式计算：n n式中：式中：n n当当H400mmH400mm时，时，A=9.48X10 A=9.48X107 7 =4.36=4.36n nHH400mm400mm时，时，A=0.59 =0.95A=0.59 =0.95n nHl-Hl-塔板上液层高度塔板上液层高度,mm H-,mm H-塔板间距，塔板间距，mmmmn nV-V-适宜的孔塔

46、速度适宜的孔塔速度,m/s uv-,m/s uv-气体黏度气体黏度,kg.s/m3,kg.s/m3n n-塔板的有效操作面积与塔板截面积之比，塔板的有效操作面积与塔板截面积之比，m2/m3m2/m3n nPvPv，Pl-Pl-汽液相密度，汽液相密度，kg/m3 kg/m3 n n -浮阀塔板，在浮阀塔板，在0.60.80.60.8之间之间 ，气速大时，其值高，反之则取低值，气速大时，其值高，反之则取低值 液体沿塔板的不均匀流动9。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算n n淹塔：塔板上液体经降液管降至下一层塔板上，由于各种淹塔：塔板上液体经降液管降至下一层塔板上，由于各种n n阻力，必须在

47、降液管中维持一定高度的液层，当阻力上升，阻力，必须在降液管中维持一定高度的液层，当阻力上升，管内液层上升，当上升到上下两层塔板上液体串通时，即管内液层上升，当上升到上下两层塔板上液体串通时，即液泛，淹塔液泛，淹塔n n液体经降液管下降所需克服的阻力为：液体经降液管下降所需克服的阻力为：n n1 1）塔板压力降）塔板压力降,hp,hpn n2 2）液体经过降液管的阻力）液体经过降液管的阻力hdhdn n3 3）塔上液层所产生的阻力）塔上液层所产生的阻力hchcn nHd=hp+hd+hcHd=hp+hd+hcn n无进口堰时无进口堰时n n式中：式中：L-L-流体流量流体流量,m3/s Lw-,

48、m3/s Lw-堰长，堰长，mmn n ho-ho-降液管下端距下一层塔板的距离，降液管下端距下一层塔板的距离，mm9。塔板上的流体力学计算。塔板上的流体力学计算n n为防止淹塔，必须：为防止淹塔，必须：n n式中：式中：H-H-塔板间距，塔板间距，m hw-m hw-堰高，堰高，mmn n1010。塔板操作范围。塔板操作范围n n主要受雾沫夹带和液泛影响主要受雾沫夹带和液泛影响n n1 1）雾沫夹带）雾沫夹带-曲线曲线1 1，若根据泛点率限制为，若根据泛点率限制为80%80%，为曲，为曲线线1 1n n 通常以雾沫夹带量为通常以雾沫夹带量为10%10%的气体流量为上限的气体流量为上限 n n2 2）泄漏线）泄漏线-曲线曲线2 2n n3 3）降液管超负荷线（即液体负荷上线）降液管超负荷线（即液体负荷上线）-曲线曲线3 3n n 液体在降液管内停留时间不少于液体在降液管内停留时间不少于5s5sn n4 4）液体负荷下线）液体负荷下线-曲线曲线4 4n n 取堰上溢流高度不小于取堰上溢流高度不小于6mm6mm时的液体流量为下限时的液体流量为下限n n5 5）淹塔线（气体负荷上限线）淹塔线（气体负荷上限线）-曲线曲线5 5Thank you for your join